Trattamento termico delle leghe. Tipi di trattamento termico

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Il trattamento termico delle leghe è parte integrante del processo produttivo della metallurgia ferrosa e non ferrosa. Come risultato di questa procedura, i metalli sono in grado di modificare le loro caratteristiche ai valori richiesti. In questo articolo considereremo i principali tipi di trattamento termico utilizzati nell'industria moderna.

Essenza del trattamento termico

Durante la produzione di semilavorati, le parti metalliche vengono trattate termicamente per conferire loro le proprietà desiderate (resistenza, resistenza alla corrosione e all'usura, ecc.). Il trattamento termico delle leghe è un insieme di processi creati artificialmente durante i quali si verificano cambiamenti strutturali, fisici e meccanici nelle leghe sotto l'influenza delle alte temperature, ma la composizione chimica della sostanza viene preservata.

Scopo del trattamento termico

I prodotti in metallo utilizzati quotidianamente in tutti i settori dell'economia nazionale devono soddisfare elevati requisiti di resistenza all'usura. Il metallo, come materia prima, deve essere rafforzato con le necessarie proprietà prestazionali, che possono essereessere esposto a temperature elevate. Il trattamento termico delle leghe ad alta temperatura modifica la struttura iniziale di una sostanza, ridistribuisce i suoi componenti costitutivi, trasforma le dimensioni e la forma dei cristalli. Tutto ciò porta alla minimizzazione delle sollecitazioni interne del metallo e quindi ne aumenta le proprietà fisiche e meccaniche.

Tipi di trattamento termico

Il trattamento termico delle leghe metalliche si riduce a tre semplici processi: riscaldare la materia prima (prodotto semilavorato) alla temperatura desiderata, mantenerla nelle condizioni specificate per il tempo richiesto e un rapido raffreddamento. Nella produzione moderna vengono utilizzati diversi tipi di trattamento termico, che differiscono per alcune caratteristiche tecnologiche, ma l'algoritmo di processo in generale rimane lo stesso ovunque.

Secondo il metodo di esecuzione del trattamento termico, ci sono i seguenti tipi:

• Termico (tempra, rinvenimento, ricottura, invecchiamento, trattamento criogenico).
• Il trattamento termomeccanico prevede un trattamento ad alta temperatura combinato con un'azione meccanica sulla lega.
• Chimico-termico prevede il trattamento termico del metallo, seguito dall'arricchimento della superficie del prodotto con elementi chimici (carbonio, azoto, cromo, ecc.).

Ricottura

La ricottura è un processo di fabbricazione in cui i metalli e le leghe vengono riscaldati a una temperatura predeterminata, quindi, insieme al forno in cui è avvenuta la procedura, si raffreddano molto lentamente in modo naturale. Come risultato della ricottura, è possibile eliminare le disomogeneità della composizione chimicasostanze, alleviano le sollecitazioni interne, ottengono una struttura granulare e la migliorano come tale, nonché riducono la durezza della lega per facilitarne l'ulteriore lavorazione. Esistono due tipi di ricottura: ricottura del primo e del secondo tipo.

La ricottura di prima classe implica un trattamento termico, in conseguenza del quale vi è un cambiamento minimo o nullo nello stato di fase della lega. Ha anche le sue varietà: omogeneizzato - la temperatura di ricottura è 1100-1200, in tali condizioni le leghe vengono conservate per 8-15 ore, la ricottura (a t 100-200) viene utilizzata per l'acciaio rivettato, cioè già deformato avere freddo.

La ricottura del secondo tipo porta a significativi cambiamenti di fase nella lega. Ha anche diverse varietà:

• Ricottura completa - riscaldamento della lega 30-50 al di sopra del segno di temperatura critica caratteristico di questa sostanza e raffreddamento alla velocità specificata (200 / ora - acciai al carbonio, 100 / ora e 50 / ora - bassa lega e alta -acciai legati, rispettivamente).
• Incompleto - riscaldamento fino a un punto critico e raffreddamento lento.
• Diffusione - temperatura di ricottura 1100-1200.
• Isotermico - il riscaldamento avviene allo stesso modo della ricottura completa, tuttavia, dopodiché, il raffreddamento rapido viene effettuato a una temperatura leggermente inferiore a quella critica e lasciato raffreddare in aria.
• Normalizzato - ricottura completa con successivo raffreddamento del metallo in aria e non in forno.

Indurimento

La tempra è manipolazionecon una lega, il cui scopo è ottenere una trasformazione martensitica del metallo, che riduca la duttilità del prodotto e ne aumenti la resistenza. La tempra, oltre alla ricottura, comporta il riscaldamento del metallo in un forno al di sopra della temperatura critica fino alla temperatura di tempra, la differenza sta nella velocità di raffreddamento più elevata che si verifica nel bagno liquido. A seconda del metallo e anche della sua forma, vengono utilizzati diversi tipi di tempra:

• Indurimento nello stesso ambiente, cioè nello stesso bagno con liquido (acqua per parti grandi, olio per parti piccole).
• Indurimento intermittente - il raffreddamento avviene in due fasi successive: prima in un liquido (un refrigerante più affilato) ad una temperatura di circa 300°, poi in aria o in un altro bagno d'olio.
• A gradini - quando il prodotto raggiunge la temperatura di indurimento, viene raffreddato per qualche tempo in sali fusi, seguito da raffreddamento in aria.
• Isotermico - La tecnologia è molto simile alla tempra a gradino, differisce solo per il tempo di tenuta del prodotto alla temperatura di trasformazione martensitica.
• L'indurimento autotemprante differisce dagli altri tipi in quanto il metallo riscaldato non viene completamente raffreddato, lasciando un'area calda al centro del pezzo. Come risultato di questa manipolazione, il prodotto acquisisce le proprietà di una maggiore resistenza sulla superficie e un'elevata viscosità nel mezzo. Questa combinazione è essenziale per gli strumenti a percussione (martelli, scalpelli, ecc.)

Vacanza

Il rinvenimento è la fase finale del trattamento termico delle leghe, che determinala struttura finale del metallo. Lo scopo principale del rinvenimento è ridurre la fragilità di un prodotto in metallo. Il principio è riscaldare la parte a una temperatura inferiore alla temperatura critica e raffreddarla. Poiché le modalità di trattamento termico e la velocità di raffreddamento dei prodotti in metallo per vari scopi possono differire, esistono tre tipi di rinvenimento:

• Alta - la temperatura di riscaldamento va da 350-600 a un valore inferiore a quello critico. Questa procedura viene spesso utilizzata per le strutture metalliche.
• Medio - trattamento termico a t 350-500, comune per prodotti primaverili e molle.
• Basso: la temperatura di riscaldamento del prodotto non è superiore a 250, il che consente di ottenere un'elevata resistenza e resistenza all'usura delle parti.

Invecchiamento

L'invecchiamento è il trattamento termico delle leghe, che provoca i processi di decomposizione di un metallo supersaturo dopo la tempra. Il risultato della stagionatura è un aumento dei limiti di durezza, resa e resistenza del prodotto finito. Non solo la ghisa è soggetta all'invecchiamento, ma anche i metalli non ferrosi, comprese le leghe di alluminio facilmente deformabili. Se un prodotto metallico sottoposto a indurimento viene mantenuto a temperatura normale, in esso si verificano processi che portano ad un aumento spontaneo della resistenza e ad una diminuzione della duttilità. Questo è chiamato l'invecchiamento naturale del metallo. Se la stessa manipolazione viene eseguita a temperature elevate, si chiamerà invecchiamento artificiale.

Trattamento criogenico

Cambiamenti nella struttura delle leghe,il che significa che le loro proprietà possono essere raggiunte non solo da temperature elevate, ma anche estremamente basse. Il trattamento termico delle leghe a t inferiore a zero è chiamato criogenico. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata in vari settori dell'economia nazionale come supplemento ai trattamenti termici ad alta temperatura, in quanto può ridurre significativamente il costo dei processi di tempra termica.

Il trattamento criogenico delle leghe viene effettuato a t -196 in uno speciale processore criogenico. Questa tecnologia può aumentare significativamente la durata della parte lavorata e le proprietà anticorrosione, oltre a eliminare la necessità di ritrattamenti.

Trattamento termo-meccanico

Un nuovo metodo di lavorazione delle leghe combina la lavorazione dei metalli ad alte temperature con la deformazione meccanica di prodotti che si trovano allo stato plastico. Il trattamento termomeccanico (TMT) secondo la modalità di completamento può essere di tre tipi:

• Il TMT a bassa temperatura è costituito da due fasi: deformazione plastica seguita da tempra e rinvenimento del pezzo. La principale differenza rispetto ad altri tipi di TMT è la temperatura di riscaldamento allo stato austenitico della lega.
• TMT ad alta temperatura comporta il riscaldamento di una lega a uno stato martensitico in combinazione con la deformazione plastica.
• Preliminare - la deformazione viene eseguita a t 20, seguita da indurimento e rinvenimento del metallo.

Trattamento chimico-termico

Cambia la struttura e le proprietà delle legheè possibile anche con l'ausilio del trattamento chimico-termico, che combina effetti termici e chimici sui metalli. L'obiettivo finale di questa procedura, oltre a conferire maggiore resistenza, durezza e resistenza all'usura al prodotto, è anche quello di conferire resistenza agli acidi e resistenza al fuoco alla parte. Questo gruppo include i seguenti tipi di trattamento termico:

• La cementazione viene eseguita per conferire ulteriore resistenza alla superficie del prodotto. L'essenza della procedura è saturare il metallo con carbonio. La cementazione può essere eseguita in due modi: cementazione solida e gassosa. Nel primo caso, il materiale lavorato, insieme al carbone e al suo attivatore, viene posto in una fornace e riscaldato ad una certa temperatura, quindi trattenuto in tale ambiente e raffreddato. Nel caso di cementazione a gas, il prodotto viene riscaldato in forno fino a 900° sotto un flusso continuo di gas carbonioso.
• La nitrurazione è un trattamento chimico-termico di prodotti in metallo saturandone la superficie in ambienti di azoto. Il risultato di questa procedura è un aumento della resistenza alla trazione della parte e un aumento della sua resistenza alla corrosione.
• La cianidazione è la saturazione del metallo con azoto e carbonio allo stesso tempo. Il mezzo può essere liquido (sali fusi contenenti carbonio e azoto) e gassoso.
• La placcatura a diffusione è un metodo moderno per conferire resistenza al calore, resistenza agli acidi e resistenza all'usura ai prodotti in metallo. La superficie di tali leghe è satura di vari metalli (alluminio, cromo) e metalloidi (silicio, boro).

Caratteristichetrattamento termico della ghisa

Le leghe di ghisa sono sottoposte a trattamento termico utilizzando una tecnologia leggermente diversa rispetto alle leghe di metalli non ferrosi. La ghisa (grigia, ad alta resistenza, legata) subisce i seguenti tipi di trattamento termico: ricottura (a t 500-650), normalizzazione, tempra (continua, isotermica, superficiale), rinvenimento, nitrurazione (ghise grigie), alluminizzazione (ghise perlitiche), cromatura. Di conseguenza, tutte queste procedure migliorano significativamente le proprietà dei prodotti finali in ghisa: aumentare la durata, eliminare la probabilità di crepe durante l'uso del prodotto, aumentare la forza e la resistenza al calore della ghisa.

Trattamento termico di leghe non ferrose

I metalli e le leghe non ferrosi hanno proprietà diverse l'uno dall' altro, quindi vengono lavorati con metodi diversi. Pertanto, le leghe di rame vengono sottoposte a ricottura di ricristallizzazione per equalizzare la composizione chimica. Per l'ottone è prevista la tecnologia di ricottura a bassa temperatura (200-300), poiché questa lega è soggetta a fessurazioni spontanee in un ambiente umido. Il bronzo viene sottoposto ad omogeneizzazione e ricottura a t fino a 550. Il magnesio viene ricotto, estingueto e sottoposto a invecchiamento artificiale (l'invecchiamento naturale non si verifica per il magnesio estinto). L'alluminio, come il magnesio, subisce tre metodi di trattamento termico: ricottura, indurimento e invecchiamento, dopodiché le leghe di alluminio lavorato aumentano notevolmente la loro resistenza. La lavorazione delle leghe di titanio comprende: ricottura di ricristallizzazione, tempra, invecchiamento, nitrurazione e cementazione.

CV

Il trattamento termico di metalli e leghe è il principale processo tecnologico nella metallurgia ferrosa e non ferrosa. Le moderne tecnologie hanno una varietà di metodi di trattamento termico per ottenere le proprietà desiderate di ogni tipo di leghe lavorate. Ogni metallo ha una sua temperatura critica, il che significa che il trattamento termico deve essere effettuato tenendo conto delle caratteristiche strutturali e fisico-chimiche della sostanza. In definitiva, ciò non solo consentirà di ottenere i risultati desiderati, ma semplificherà anche notevolmente i processi di produzione.